KR20210003748A - 가변 에너지 양성자 선형 가속기 시스템 및 조직을 조사하기에 적합한 양성자 빔 작동 방법 - Google Patents
가변 에너지 양성자 선형 가속기 시스템 및 조직을 조사하기에 적합한 양성자 빔 작동 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20210003748A KR20210003748A KR1020207030020A KR20207030020A KR20210003748A KR 20210003748 A KR20210003748 A KR 20210003748A KR 1020207030020 A KR1020207030020 A KR 1020207030020A KR 20207030020 A KR20207030020 A KR 20207030020A KR 20210003748 A KR20210003748 A KR 20210003748A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- energy
- proton beam
- proton
- cavity
- acceleration
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 title claims abstract description 9
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 3
- 238000002661 proton therapy Methods 0.000 abstract description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 163
- 230000008859 change Effects 0.000 description 21
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 19
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 18
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 14
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 13
- 230000004044 response Effects 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 3
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 3
- 241001270131 Agaricus moelleri Species 0.000 description 2
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 208000005623 Carcinogenesis Diseases 0.000 description 1
- 206010053759 Growth retardation Diseases 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 1
- 230000036952 cancer formation Effects 0.000 description 1
- 231100000504 carcinogenesis Toxicity 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 208000024519 eye neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 231100000001 growth retardation Toxicity 0.000 description 1
- 210000002216 heart Anatomy 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 201000008106 ocular cancer Diseases 0.000 description 1
- 238000011369 optimal treatment Methods 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 1
- 210000002307 prostate Anatomy 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 description 1
- 210000000278 spinal cord Anatomy 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000011287 therapeutic dose Methods 0.000 description 1
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 1
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 description 1
- 238000012549 training Methods 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H9/00—Linear accelerators
- H05H9/04—Standing-wave linear accelerators
- H05H9/041—Hadron LINACS
- H05H9/047—Hybrid systems
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N5/00—Radiation therapy
- A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
- A61N5/1048—Monitoring, verifying, controlling systems and methods
- A61N5/1064—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for adjusting radiation treatment in response to monitoring
- A61N5/1065—Beam adjustment
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N5/00—Radiation therapy
- A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
- A61N5/1048—Monitoring, verifying, controlling systems and methods
- A61N5/1064—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for adjusting radiation treatment in response to monitoring
- A61N5/1065—Beam adjustment
- A61N5/1067—Beam adjustment in real time, i.e. during treatment
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
- H05H7/001—Arrangements for beam delivery or irradiation
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
- H05H7/02—Circuits or systems for supplying or feeding radio-frequency energy
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H9/00—Linear accelerators
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H9/00—Linear accelerators
- H05H9/04—Standing-wave linear accelerators
- H05H9/041—Hadron LINACS
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N5/00—Radiation therapy
- A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
- A61N5/1001—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy using radiation sources introduced into or applied onto the body; brachytherapy
- A61N2005/1019—Sources therefor
- A61N2005/1022—Generators, e.g. X-ray tubes
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N5/00—Radiation therapy
- A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
- A61N2005/1085—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy characterised by the type of particles applied to the patient
- A61N2005/1087—Ions; Protons
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
- H05H7/001—Arrangements for beam delivery or irradiation
- H05H2007/004—Arrangements for beam delivery or irradiation for modifying beam energy, e.g. spread out Bragg peak devices
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
- H05H7/02—Circuits or systems for supplying or feeding radio-frequency energy
- H05H2007/022—Pulsed systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Pathology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Radiation-Therapy Devices (AREA)
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
양성자 치료의 광범위한 사용에 대한 장애물 중 하나는 저렴하고 소형인 양성자 소스 및 가속기의 가용성이다. 선형 가속기(리낙(Linacs))를 사용하면 기존 의료 시설에 설치될 수 있는 이러한 소형 소스를 구축할 수 있다. 그러나 가속 장치를 켜거나 끄면 불안정이 발생한다. 양성자 빔 작동 사이클(190)의 오프-타임 동안 RF 에너지(132)를 제공하도록 구성된 양성자 선형 가속기 시스템은 공동의 온도를 증가 또는 유지하기 위해 사용될 수 있다. 조직을 조사하기에 적합한 양성자 빔을 작동시키는 방법도 제공된다. 이는 개선된 정정 시간을 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 작동 중에 양성자 빔을 제공하기 위한 양성자 소스를 포함하는 조직을 조사하기(irradiating) 위한 양성자 선형 가속기 시스템에 관한 것이다.
X-선과 같은 에너지 빔은 암세포의 DNA를 손상시키고 인간과 동물에서 암세포를 죽이기 위해 수년 동안 치료용으로 사용되어 왔다. 그러나, 종양을 치료하는 동안, X-선은 주변의 건강한 조직, 특히 종양 부위 전(입사 선량)과 후(통과 선량) 모두에서, 신체를 통과하는 X-선 경로를 따라, 노출된다. X-선 선량은 흔히 단기적인 부작용을 초래할 만큼 충분히 높으며, 늦은 발암, 건강한 조직의 성장 기능 장애, 및 어린이의 경우 성장 지연을 초래할 수 있다.
양성자 빔은 암세포를 파괴 할 수도 있지만 건강한 조직에 대한 손상이 크게 감소하기 때문에 유망한 대안이다. 조직의 에너지 선량은 종양 근처에 브래그 피크(Bragg Peak)를 배치하도록 빔을 구성하여 종양 부위에 집중될 수 있으며, 입사 치료 경로에서 선량을 크게 줄이고 많은 경우 치료 경로에서 통과 선량을 거의 완전히 제거한다. 조직에서 양성자 빔의 세로 범위는 일반적으로 빔의 에너지에 따라 다르다. 여기서 선량은 빔과 조직 사이의 상호 작용 정도를 나타내는 데 사용되고, 상호 작용은 양성자 에너지가 빔 경로를 따라 비교적 짧은 거리에 침착되는, 빔 범위의 단부 부분까지 최소화된다. 표적 부위 전후에 세로방향으로의 원치 않는 노출의 이러한 감소는 주변의 건강한 조직을 손상시키지 않고 개선된 선량이 전달될 수 있음을 의미한다. 이것은 종양 자체에 더 높은 차등 유효 선량을 종양 전후에 흡수되는 선량 이상으로 전달하도록 허용함으로써 치료 길이를 줄일 수 있으며, 일반적으로 그에 상응하는 더 낮은 주변 선량으로 인한 부작용을 감소시킨다. 뇌, 심장, 전립선, 또는 척수와 같은 중요한 장기 또는 구조체 근처에 위치한 종양을 치료할 때, 그리고 어린이의 종양을 치료할 때 특히 유용하다. 그 정확성은 안구 종양을 치료할 때 특히 효과적이다. 또한, 양성자 빔은 빔 경로의 가로 제어를 제공하기 위해 정확하게 위치 및 편향될 수 있다.
양성자 치료의 광범위한 사용에 대한 장애 중 하나는 저렴하고 컴팩트한 양성자 소스 및 가속기의 가용성이다. 치료에 사용되는 양성자의 에너지는 일반적으로 50-300MeV 범위에 있으며 더 일반적으로 70-250MeV 범위에 있다. 사이클로트론 또는 싱크로트론에 의존하는 기존 소스는 매우 크고 맞춤형 시설이 필요하며 구축 및 유지 관리 비용이 많이 든다. 선형 가속기(리낙; Linacs)를 사용하면 기존 의료 시설에 설치될 수 있는 이러한 소형 소스(compact source)를 구축할 수 있다.
양성자 에너지 선량의 세로 위치(깊이)는 주로 빔에서 양성자(일반적으로MeV로 측정)의 에너지를 변경하여 구성된다. 미국 특허 제 05382914호는 양성자 소스에서 양성자를 가속하기 위한 3개의 스테이지: 무선-주파수 사중 극(radio-frequency quadrupole)(RFQ) 선형 가속기(linac), 드리프트 튜브 선형 가속기(drift-tube linac)(DTL), 및 사이드-결합형 선형 가속기(side-coupled linac)(SCL)을 사용하는 소형 양성자-빔 치료용 선형 가속기 시스템을 설명한다. 상기 SCL은 캐스캐이드(cascade)로 배열된 최대 10개의 가속기 유닛을 포함하고, 각각의 유닛에는 RF 에너지 소스가 제공된다. 치료 빔 에너지는 굵고 거친/미세 선택 시스템에 의해 제어되고, 굵고 거친 조정에서, 하나 이상의 가속기 유닛을 끄면 70MeV에서 250MeV까지 11개의 제어 단계가 제공되며 각 단계는 대략 18MeV이다. 이러한 단계들 사이의 빔 에너지의 미세 조정은 호일과 같은 열화 흡수체를 빔에 삽입하여 수행된다.
이러한 시스템의 단점은 각 전환 단계 후 양성자-빔 시스템이 치료에 사용되기 전에 빔 에너지가 안정화되는데 약간의 시간이 필요하다는 것이다. 또한, 열화 호일용 작동 시스템은 종종 신뢰할 수 없으며 호일은 정기적으로 교체되어야 한다.
PCT 출원 제 WO2018/043709 A1호에서, 반도체 제조에 사용하기 위해 후속적으로 가속되는, 양성자 빔 펄스의 생성 모멘트에 랜덤 성분을 도입하는 것이 알려져 있다. 이는 열을 생성할 수 있는 고차 모드의 여기로 인해 고주파 공동 내부에 축적될 수 있는 노이즈를 줄이기 위해 수행된다. 약간 다른 주파수 편이를 제공하면 공진 증폭이 줄어들 수 있으므로 공동의 가열도 줄일 수 있다.
PCT 출원 제 WO 20l5/l7575l Al호에서, 동일한 RF 펄스 내에 두 개의 서로 다른 전자 빔 전류 진폭을 주입하여 화물 검사용 X-선을 생성하기 위한 가속 전자의 두 종점 에너지를 생성하는 것이 알려져 있다.
본 발명의 목적은 개선된 빔 에너지 제어로 조직을 조사하기 위한 양성자 선형 가속기 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 양태는 조직을 조사하기 위한 양성자 선형 가속기 시스템을 제공하고, 상기 가속기 시스템은 작동 중에 양성자 빔을 제공하기 위한 양성자 소스; 소스를 빠져나가는 양성자 빔의 빔 전류를 조정하기 위한 빔 출력 제어기; 제 1 가속기 유닛으로서, 양성자 빔을 수신하기 위한 제 1 양성자 빔 입력부; 양성자 빔이 빠져나가기 위한 제 1 양성자 빔 출력부; 작동 중에 RF 에너지를 제공하기 위한 제 1 RF 에너지 소스; 및 RF 에너지가 상기 제 1 빔 입력부로부터 상기 제 1 빔 출력부로 지나갈 때, 제 1 에너지 소스로부터 RF 에너지를 수신하고 RF 에너지를 상기 양성자 빔에 결합하기 위해, 상기 제 1 양성자 빔 입력부에서 상기 제 1 양성자 빔 출력부로 연장하는 적어도 하나의 제 1 공동을 포함하는, 제 1 가속기 유닛을 포함하고; 상기 시스템은 상기 적어도 하나의 제 1 공동에 제공되는 RF 에너지를 조정하기 위해 상기 제 1 RF 에너지 소스에 연결되고 상기 빔 출력 제어기에 더 연결되는 RF 에너지 제어기를 더 포함하고, 상기 출력 제어기는 미리 결정된 및/또는 제어된 빔 작동 사이클을 갖는 양성자 빔 펄스를 제공하도록 구성되고; 상기 RF 에너지 제어기는 제 1 공동의 온도가 증가되거나 유지되도록 상기 양성자 빔 작동 사이클의 오프-타임 동안 RF 에너지를 제공하도록 구성된다.
본 발명은 주어진 출력 에너지에 대해 비활성(약간, 무시할 수 있는 또는 0의 가속 제공) 또는 부분적으로 활성(일부 가속 제공)인 가속기 유닛에 실질적으로 일정한 RF 전력을 적용하면 가속기 유닛이 빔의 에너지를 증가시키는 것이 필요할 때 매우 빠른 회복이 가능하다는 통찰을 기반으로 한다. 제공된 RF 에너지는 공동의 온도를 증가 또는 유지하기 위해 미리 결정 및/또는 제어될 수 있다.
양성자 치료를 위해 시스템을 작동하는 동안, 빔 에너지 및 이에 따라 빔 범위와 해당 브래그 피크를 모두 변경함으로써, 주변 조직의 손상을 줄일 수 있다. 브래그 피크의 깊이를 조정함으로써, 많은 개별 브래그 피크가 중첩되어 확장된 브래그 피크를 생성하여 종양 영역을 커버하는(cover) 평탄한 또는 대략 평탄한 선량 분포를 생성할 수 있다. 따라서, 총 치료 시간을 줄여 치료 중 환자의 움직임 위험을 줄이므로, 에너지 단계들 사이에 상대적으로 짧은 시간을 갖는 것이 유리하다. 추가적으로 또는 대안적으로, 치료에 사용할 수 있는 에너지 수준의 수가 증가하여 주변 조직으로의 에너지 확산을 보다 정확하게 제어할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 예를 들어 환자 호흡으로 인한 치료 동안 종양의 움직임은 또한 제어를 더욱 향상시키기 위해 실시간으로 보상될 수 있다.
본 발명의 추가 양태는 상기 RF 에너지 제어기는 각각의 연속적인 양성자 빔 작동 사이클에 대해 실질적으로 동일한 RF 에너지를 제공하도록 추가로 구성되는, 가속기 시스템을 제공한다.
이는 빔 에너지 변경 후 개선된 정정 시간을 제공함으로써 가속기 시스템에 높은 수준의 안정성을 제공한다. 일부 실시예에서, 정정 시간은 실질적으로 무시할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태는 여기에서 상기 RF 에너지 제어기는 상기 양성자 빔 작동 사이클의 온-타임(on-time) 및 오프-타임(off-time) 둘 다 동안 RF 에너지를 제공하도록 추가로 구성되는 가속기 시스템을 제고한다.
이것은 치료 빔이 제공될 때 개선된 정정 시간을 제공함으로써 가속기 시스템에 높은 수준의 안정성을 제공한다, 즉, 온-타임(on-time) 동안의 RF 에너지는 양성자 빔으로 에너지를 전달하고 오프-타임(off-time) 동안에는 RF 에너지가 증가 또는 공동의 온도를 유지한다.
본 발명의 또 다른 양태는 제 2 가속기 유닛을 더 포함하고, 상기 제 2 가속기 유닛은: 상기 제 1 가속기 유닛으로부터 상기 양성자 빔을 수신하기 위한 제 2 양성자 빔 입력부; 상기 양성자 빔이 빠져나가기 위한 제 2 양성자 빔 출력부; 작동 중에 RF 에너지를 제공하기 위한 제 2 RF 에너지 소스; 및 RF 에너지가 상기 제 2 빔 입력부로부터 상기 빔 출력부로 지나갈 때, 상기 제 2 에너지 소스로부터 RF 에너지를 수신하고 RF 에너지를 상기 양성자 빔에 결합하기 위해, 상기 제 2 양성자 빔 입력부에서 상기 제 2 양성자 빔 출력부로 연장하는 적어도 하나의 제 2 공동을 가지며, 상기 RF 에너지 제어기는 적어도 하나의 제 2 공동에 제공된 RF 에너지를 조정하기 위해 상기 제 2 RF 에너지 소스에 더 연결되고; 상기 RF 에너지 제어기는 상기 제 2 공동의 온도가 증가되거나 유지되도록 상기 양성자 빔 작동 사이클의 오프-타임 동안 RF 에너지를 제공하도록 구성되는, 가속기 시스템을 제공한다.
양성자 빔의 에너지를 단계적으로 증가시키기 위해 복수의 가속기 유닛이 캐스케이드형으로 형성될 수 있다. 각각의 가속기 유닛은 고정된 양 또는 가변적인 양만큼 양성자 빔의 에너지를 증가시키도록 작동될 수 있다.
가속기 시스템은 실질적으로 동일한 제 1 및 제 2 공동에 RF 에너지를 제공하도록 선택적으로 구성될 수 있다.
각각의 가속기(복수의 가속기 유닛으로부터)에 의한 양성자 빔의 에너지 증가를 실질적으로 동일하게 구성함으로써, 양성자 빔 에너지 설정의 수는 캐스케이드의 가속 유닛 수와 관련될 것이다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 조직을 조사하기에 적합한 양성자 빔을 동작시키기는 방법이 제공되며, 상기 방법은 양성자 빔 소스로부터 미리 결정된 및/또는 제어된 빔 작동 사이클을 갖는 양성자 빔 펄스를 제공하는 단계; 소스를 빠져나가는 상기 양성자 빔의 빔 전류를 조정하는 단계; 제 1 RF 에너지 소스로부터 적어도 하나의 제 1 공동으로 RF 에너지를 제공하는 단계; RF 에너지가 적어도 하나의 공동을 통과할 때 상기 양성자 빔에 결합하는 단계; 및 양성자 빔 작동 사이클의 오프-타임 동안 RF 에너지를 제공하도록 적어도 하나의 제 1 공동에 제공되는 RF 에너지를 조정하여 상기 제 1 공동의 온도가 상승 또는 유지되도록 하는 단계를 포함한다.
선택적으로, 상기 RF 에너지는 각각의 연속적인 양성자 빔 작동 사이클(190)에 대해 실질적으로 동일한 RF 에너지를 제공하도록 조정된다. 부가적으로 또는 대안적으로, 상기 RF 에너지는 양성자 빔 작동 사이클의 온-타임 및 오프-타임 둘 다 동안 RF 에너지를 제공하도록 조정된다.
본 발명의 이러한 측면 및 다른 측면은 이후에 설명되는 실시예를 참조하여 명백하게 되고 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 양성자 선형 가속기 시스템을 개략적으로 도시하고,
도 2는 하나 이상의 캐스케이드형 가속기 유닛을 포함하는 가속 스테이지를 개략적으로 도시하고,
도 3은 제 1 및 제 2 캐스케이드형 가속기 유닛을 개략적으로 도시하고,
도 4a 및 도 4b는 실질적으로 일정한 평균 RF 전력을 제공하는데 필요한 RF 에너지 펄스로 빔 에너지의 2개의 가능한 변화를 도시하고,
도 4c 및 도 4d는 개선된 비-가속 모드에서 가속 유닛의 작동에 대한 2개의 가능한 예를 도시하고,
도 5a는 펄스당 실질적으로 일정한 RF 에너지로 약 50% 에너지 이득에 대한 RF 드라이브 엔벨로프(RF drive envelope)를 도시하고,
도 5b는 도 5a에 도시된 RF 드라이브 엔벨로프에 대해 계산된 가속기 필드 응답 엔벨로프를 도시하고,
도 6a는 DDS 칩을 사용하는 적절한 저-수준 RF 유닛의 블록 다이어그램을 개략적으로 도시하고,
도 6b는 2개의 인접한 펄스로 구성된 RF 드라이브 엔벨로프의 진폭과 위상을 변조하는데 사용되는 2개의 신호의 페이저 다이어그램을 도시하고,
도 7a는 양성자 빔이 있거나 없는 펄스를 교번함으로써 평균 전력을 실질적으로 일정하게 유지하는 빔 제어 구성을 도시하고,
도 7b는 각각의 펄스를 2개의 간격, 양성자 빔이 있는 간격과 양성자 빔이 없는 간격으로 나누어 평균 전력을 실질적으로 일정하게 유지하는 빔 제어 구성을 도시한다.
도 2는 하나 이상의 캐스케이드형 가속기 유닛을 포함하는 가속 스테이지를 개략적으로 도시하고,
도 3은 제 1 및 제 2 캐스케이드형 가속기 유닛을 개략적으로 도시하고,
도 4a 및 도 4b는 실질적으로 일정한 평균 RF 전력을 제공하는데 필요한 RF 에너지 펄스로 빔 에너지의 2개의 가능한 변화를 도시하고,
도 4c 및 도 4d는 개선된 비-가속 모드에서 가속 유닛의 작동에 대한 2개의 가능한 예를 도시하고,
도 5a는 펄스당 실질적으로 일정한 RF 에너지로 약 50% 에너지 이득에 대한 RF 드라이브 엔벨로프(RF drive envelope)를 도시하고,
도 5b는 도 5a에 도시된 RF 드라이브 엔벨로프에 대해 계산된 가속기 필드 응답 엔벨로프를 도시하고,
도 6a는 DDS 칩을 사용하는 적절한 저-수준 RF 유닛의 블록 다이어그램을 개략적으로 도시하고,
도 6b는 2개의 인접한 펄스로 구성된 RF 드라이브 엔벨로프의 진폭과 위상을 변조하는데 사용되는 2개의 신호의 페이저 다이어그램을 도시하고,
도 7a는 양성자 빔이 있거나 없는 펄스를 교번함으로써 평균 전력을 실질적으로 일정하게 유지하는 빔 제어 구성을 도시하고,
도 7b는 각각의 펄스를 2개의 간격, 양성자 빔이 있는 간격과 양성자 빔이 없는 간격으로 나누어 평균 전력을 실질적으로 일정하게 유지하는 빔 제어 구성을 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 양성자 선형 가속기(또는 리낙(linac)) 시스템(100)을 개략적으로 도시한다. 선형 가속기 시스템(100)은 작동 중에 양성자 빔(115)을 제공하기 위한 양성자 빔 소스(110)를 포함한다. 빔 출력 제어기(120)는 소스(110)를 빠져나가는 양성자 빔의 빔 전류를 조정하기 위해 제공된다. 빔 제어기(120)를 빠져나가는 양성자 빔(115)은 펄스 빔이다. 양성자 빔 듀티 사이클(145, 245)을 변경하도록 빔 제어기(120)를 구성하는 것이 또한 유리할 수 있다. 빔 출력 제어기(120)는 또한 하나 이상의 양성자 빔 듀티 사이클(190) 동안 빔을 블랭킹하도록 구성될 수 있다. 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 양성자 빔(115)의 작동 사이클(190)은 온-타임 및 오프-타임을 포함하고, 온-타임은 양성자 빔(115) 에너지가 0보다 클 때이고 오프-타임은 양성자 빔(115) 에너지가 온-타임 에너지보다 실질적으로 낮을 때이다. 양성자 빔 듀티 사이클(145, 245)은 작동 사이클(190) 기간의 일부로 표현되는 온-타임이고, 종종 백분율 또는 비율로 지정된다. 전형적으로, 오프-타임 동안의 에너지는 양성자 가속기 시스템(100)의 작동에 필요한 최소 에너지 이하이다. 온-타임 동안의 에너지는 일반적으로 치료 목적에 충분하며, 환자에게 전달될 치료 선량에 기여할 수 있다.
하나 이상의 가속 스테이지(102,104,106)가 제공되어 빔 에너지를 일반적으로 50-300MeV의 치료에 필요한 수준으로, 보다 일반적으로 70-250MeV 범위로 증가시키기 위해 제공된다. 당업자에게 알려진 임의의 적합한 가속 기술이 사용될 수 있다.
빔 제어기(120)를 빠져나가는 양성자 빔(115)은 제 1 가속 스테이지(102)로 들어간다. 이러한 특정 실시예에서, 제 1 스테이지(102)는 빔을 최대 약 3 내지 10MeV, 바람직하게는 5MeV로 가속하는 무선-주파수 사중극(RFQ)에 의해 제공될 수 있다. 제 1 예에서, 적합한 RFQ(102)는 68kV의 베인 간 전압, 30%의 빔 전송, 및 0.4MW의 필요한 RF 전력으로 750MHz의 주파수에서 동작할 수 있다. 제 2 예에서, 적합한 RFQ(102)는 50kV의 베인 간 전압, 96%의 빔 전송, 및 0.2MW의 필요한 RF 전력으로 499.5MHz의 주파수에서 작동할 수 있다.
RFQ(102)는 빔 출력 제어기(120)로 작동하도록 구성될 수도 있으며, "초퍼(chopper)"로 작동될 때, 소스와 관련된 빔 제어기가 없는 경우, 펄스형 양성자 빔(115)이 연속적인 양성자 소스(110)를 이용하여 제공될 수 있다. 위에서 설명된 빔 출력 제어기 기능은 RFQ(102)에 부분적으로 또는 완전히 통합될 수 있거나, RFQ(102)와 양성자 소스(110) 사이에 제어가 분산될 수 있다.
제 1 가속 스테이지(102)를 빠져나가는 양성자 빔(115)은 제 2 가속 스테이지(104)로 들어간다. 이러한 특정 실시예에서, 제 2 스테이지(104)는 빔을 약 25 내지 50MeV, 바람직하게는 37.5MeV까지 가속하는 하나 이상의 사이드-결합형 드리프트-튜브 선형 가속기(Side Coupled Drift-Tube Linac)(SCDTL)에 의해 제공될 수 있다. 예를 들어, 적합한 SCDTL(104)은 3GHz에서 작동할 수 있고 이들 SCTDL 중 4 개는 37.5MeV 가속을 달성하기 위해 캐스케이드로 작동 될 수 있다.
제 2 가속 스테이지(104)를 빠져나가는 양성자 빔(115)은 하나 이상의 캐스케이드 가속기 유닛(130, 230, 330, 430)을 포함하는 제 3 가속 스테이지(106)로 들어간다.
도 2는 도 1의 제 3 가속 스테이지(106)의 더 많은 세부 사항을 도시하고, 도 3은 제 3 가속 스테이지(106)의 두 개의 캐스케이드형 가속 유닛(130, 230)을 도시한다.
이러한 특정 실시예에서, 제 3 스테이지(106)는 빔을 시스템(100)의 최대 에너지까지 가속하는 하나 이상의 결합형 공동 선형 가속기(Coupled Cavity Linac)(CCL)(130, 230, 330, 430)에 의해 제공될 수 있다. 이것은 대략 50-300MeV이고, 더 일반적으로 70-250MeV의 범위 내에 있다. 예를 들어, 적합한 CCL(130, 230, 330, 430)은 3GHz에서 작동할 수 있으며, 이들 CCL 유닛들 중 10 개는 캐스케이드로 작동하여 230MeV 가속을 달성할 수 있으며, 각각의 CCL은 20MeV 가속을 제공한다.
각각의 가속 유닛(130, 230, 330, 430)은
- 양성자 빔(115)을 수신하기 위한 양성자 빔 입력부(135, 235);
- 양성자 빔(115)을 빠져나가기 위한 양성자 빔 출력부(137, 237);
- 클라이스트론(klystron)과 같은 동작 동안, RF 에너지를 제공하기 위한 RF 에너지 소스(132, 232, 332, 432);
- RF 에너지가 양성자 빔 입력부(135, 235)에서 양성자 빔 출력부(137, 237)로 지나갈 때 RF 에너지를 RF 에너지 소스(132, 232)로부터 수신하고 RF 에너지를 양성자 빔(115)에 결합하기 위해 양성자 빔 입력부(135, 235)로부터 양성자 빔 출력부(137, 237)로 연장하는 적어도 하나의 공동(131, 231)을 포함한다.
하나 초과의 가속 유닛(130, 230)이 도 3에 도시된 바와 같이 캐스케이드형인 경우, 상기 가속 유닛은 상류 가속 유닛(130)의 양성자 빔 출력부(137)를 빠져나가는 양성자 빔(115)이 하류의 가속 유닛(230)의 양성자 빔 입력부(237)에 의해 수신될 수 있도록 구성 및 배열된다.
가속기 시스템(100)은 RF 에너지 소스(132) 중 하나 이상에 연결된 RF 에너지 제어기(180)를 더 포함한다. 제어기는 적어도 하나의 공동(131, 231)에 제공된 RF 에너지를 조정하도록 구성 및 배열된다. 제어기(180)는 빔 출력 제어기(120)에 추가로 연결되고, 양성자 빔 작동 사이클(190)의 오프-타임 동안 RF 에너지 소스(132, 232, 332, 432)로부터 RF 에너지를 제공하도록 추가로 구성 및 배열된다.
양성자 빔(115)은 미리 결정된 및/또는 제어된 반복 주파수(일반적으로 100 내지 400Hz 사이)에서 미리 결정된 및/또는 제어된 지속 시간(일반적으로 수 마이크로초에서 수 밀리 초 사이)의 치료 온-타임 펄스로 환자에게 전달될 수 있다. 치료 온-타임이 양성자 소스(110)의 반복 주파수보다 큰 경우, 양성자 빔 듀티 사이클(145, 245)은 치료 펄스 온-타임 지속 시간(145, 245)과 양성자 소스(110)의 반복 주파수의 곱이다. 치료 온-타임이 양성자 소스(110)의 반복 기간 이하인 경우, 양성자 빔 듀티 사이클(145, 245)은 치료 펄스 온-타임 지속 시간(145, 245)에 의해 결정된다. RF 에너지 제어기는 하나 이상의 RF 에너지 소스를 제어하도록 구성 및 배열된다. 하나 이상의 RF 에너지 소스는 독립적으로 또는 그룹으로 제어될 수 있다. RF 에너지 소스(132, 232, 332, 432)는 0 또는 최대 에너지 또는 중간 에너지 값에서 작동될 수 있다. 따라서 제 3 가속 스테이지(106)를 빠져나가는 양성자 빔(115)의 상이한 에너지는 하나 이상의 가속 유닛(130, 230, 330, 430)의 RF 에너지 소스(132, 232, 332, 432)가 꺼짐으로써 달성될 수 있다.
가속 유닛(130, 230, 330, 430)이 실질적으로 동일하게 구성되면, 빔 에너지 설정의 수는 캐스케이드의 가속 유닛의 수와 관련될 것이다. 제 3 가속 스테이지(106)를 빠져나가는 양성자 빔(115)의 빔 에너지는 캐스케이드에서 마지막 활성 가속 유닛(130, 230, 330, 430)에 의해 달성될 수 있는 에너지에 대응할 것이다.
그러나 중간 가속 값을 제공하기 위해 다른 구성이 사용할 수도 있다.
예를 들어, 마지막 활성 가속 장치(130, 230, 330, 430)를 넘어서는 가속 장치(130, 230, 330, 430)가 꺼질 수 있으며, 또한 마지막 활성 유닛에 제공되는 RF 에너지가 변경될 수 있다. 제 3 가속 스테이지(106)를 빠져나가는 양성자 빔(115)은 마지막 활성 가속 유닛에 의해 생성 가능한 최대 에너지와 이전 가속 유닛에 의해 생성 가능한 에너지 사이에 놓인 중간 에너지를 가질 수 있다.
이는 RF 진폭, RF 에너지 온-타임, RF 에너지 오프-타임, 및/또는 RF 에너지 펄스 형상과 같은, RF 에너지 소스(132, 232, 332, 432)에 의해 빠져나오는 RF 에너지의 특성들 중 하나 이상을 수정함으로써 수행될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 열화 흡수체가 또한 사용될 수 있거나 공동 및/또는 RF 커플링의 기하학적 구조를 수정하는 수단이 사용될 수 있다. 예를 들어, 페라이트 튜너 또는 기계식 튜너를 사용하면 온도 변화에도 불구하고 모듈이 공진 상태를 유지할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 에너지의 미세 조정은 또한 최종 활성 가속기 유닛(130, 230, 330, 430)의 위상을 수정하여 수행될 수 있다. 진폭 및 위상 변화(심지어 몇 도)의 조합은 양성자 빔의 품질 저하를 제한할 수 있다. 가속장(accelerating field)의 위상 및/또는 진폭을 수정함으로써, 양성자 빔(115) 에너지 확산이 감소될 수 있다.
제 3 가속 스테이지(106)에서 빠져나가는 양성자 빔(115)은 일반적으로 치료 동안 환자에게 적용하기 위해 빔을 노즐로 조종하기 위해 굽힘 자석을 포함하는 고 에너지 빔 전달 라인으로 안내된다.
RF 에너지 제어기(180)는 공동(131)의 온도를 증가시키거나 유지하기 위해 양성자 빔 작동 사이클(190)의 오프-타임 동안 RF 에너지(132, 232, 332, 432)를 제공하도록 추가로 구성된다.
본 발명은 가속 유닛이 켜지거나 꺼진 후 나타나는 불안정성이 주로 공동(131, 231, 331, 431)의 온도 변화와 관련이 있다는 통찰을 기반으로 한다. 이러한 공동은 일반적으로 금속으로 만들어지며 공동에 공급된 RF 전력의 상당한 변화는 공동의 수축 또는 팽창을 유발하는 온도 변화를 생성한다. 공동이 조정된 전자기파를 지원하기 때문에, 임의의 열 팽창 또는 수축은 공동 오프-공진을 조정하고 양성자 빔(115)을 방해할 것이다.
도 4a는 종래의 가속 모드에서 가속 유닛(130, 230, 330, 430)의 동작의 예를 도시한다.
상부 그래프는 5 개의 순간(t1, t2, t3, t4, 및 t5)을 포함하는 기간(150)에 걸쳐 양성자 빔 전류(140)의 단순화된 뷰를 표시한다. 양성자 빔 작동 사이클(190)은 t1에서 t5까지 진행되는 것으로 도시되며, 이는 또한 2개의 연속적인 온-타임 펄스(145)의 시작 사이의 시간이기도 하다. 순간 사이의 간격이 거의 동일하게 도시되어 있지만, 이는 실제의 경우가 아닐 수 있으며, 간격들은 심지어 수십 배만큼(by orders of magnitude) 다를 수 있다. 펄스는 구형파 펄스로 개략적으로 표시되지만 실제 파형은 무시할 수 없는 상승 및 하강 시간을 가질 수 있다.
빔 전류는 순간 t1에서 0에서 최대로 상승하고 이 양성자 빔 작동 사이클(190)의 온-타임 동안 t2에서 다시 0으로 하강하고, 펄스(145)는 대략 균일한 진폭을 갖는다. 간격 t2 내지 t3, t3 내지 t4, 및 t4 내지 t5를 포함하는 나머지 양성자 빔 작동 사이클(190) 동안, 빔 전류(및 빔 에너지)는 0 또는 대략 0이다. 즉, 양성자 빔에 대한 오프-타임은 t2에서 t5까지이다. t5에서 시작하여, 양성자 빔 작동 사이클(190)은 연속적인 온-타임 양성자 빔 펄스(145)로 반복된다.
도 4a의 하부 그래프는 동일한 순간에 동일한 기간(150)에 걸쳐 RF 에너지 소스(132, 232)에 의해 제공되는 RF 에너지(160)의 단순화된 뷰를 표시한다. RF 에너지는 t1에서 0에서 가속 피크 값으로 상승하고 t2에서 다시 0으로 하강하며, 이러한 제 1 RF 에너지 펄스(55)는 대략 균일한 진폭을 갖는다. 간격 t2 내지 t3, t3 내지 t4, 및 t4 내지 t5를 포함하는 나머지 양성자 빔 작동 사이클(190) 동안, RF 에너지는 0 또는 대략 0이다. t5에서 시작하여, 양성자 빔 작동 사이클(190)이 반복되고, RF 에너지 펄스(55)와 양성자 빔 작동 사이클(190)의 동기화로 인해 연속적인 제 1 RF 에너지 펄스(55)가 제공된다.
t1에서 t2까지의 제 1 RF 에너지 펄스(55)의 지속 시간 및 가속 필드 피크 값(acceleration field peak value)은 양성자 빔 온-타임 펄스 동안 RF 에너지에 의해 양성자 빔의 원하는 가속을 제공하도록 미리 결정 및/또는 제어된다. 가속은 tl과 t2 사이에서 발생한다.
실제로, 제 1 RF 에너지 펄스(55)는 가변 가속도 및 결과적으로 가변적인 양성자 빔 에너지를 제공하기 위해 상이한 양성자 빔 작동 사이클(190) 동안 변경될 수 있다. 본 발명자들은 서로 다른 RF 에너지 수준에서 가속 장치를 작동하면 온도가 변할 수 있고 이에 따라 공동(131, 231)의 공진 주파수가 변할 수 있다고 결정하였다. 공동(131, 231)의 이러한 오프 공진 작동은 양성자 빔 에너지가 계획된 것과 같지 않아 최적의 치료 계획이 중단됨을 의미할 수 있다.
본 발명에 따른 가속 유닛은 두 가지 유형의 작동 모드: 가속 유닛이 실질적인 가속 없이 양성자 빔(115)을 통과하는 비-가속 및 양성자 빔이 실질적으로 가속되는 가속 모드에서 사용될 수 있다.
도 4b는 개선된 가속 모드에서 가속 유닛(130, 230, 330, 430)의 동작의 예를 도시한다. 상부 그래프는 유사한 양성자 빔 작동 사이클(190)을 도시하는 도 4a의 상부 그래프와 동일하다.
도 4b의 하부 그래프는 동일한 순간(t1, t2, t3, t4, 및 t5)과 동일한 기간(150)에 걸쳐 RF 에너지(160)를 표시한다. 제 1 RF 에너지 펄스(55)는 도 4a에 도시된 바와 같이 t1과 t2 사이에 제공되고 대략적으로 균일한 진폭을 갖는다. RF 에너지는 간격 t2 내지 t3에서 0 또는 거의 0으로 유지된다. 그 후 RF 에너지는 t3에서 0에서 제 1 보상 피크 값(157)으로 상승하고 t4에서 다시 0으로 하강하여, 대략 균일한 진폭(157)을 갖는 제 1 RF 에너지 보상 펄스(155)를 형성한다. 나머지 양성자 빔 작동 사이클(190) 동안, RF 에너지는 0 또는 대략 0이다. t5에서 시작하여, 양성자 빔 작동 사이클(190)이 반복되고 연속적인 제 1 RF 에너지 펄스(55)가 도 4a에 도시된 바와 같이 제공된다.
여기서 t2 내지 t3로 도시된, 제 1 RF 가속 펄스(55)의 끝과 제 1 RF 보상 펄스(155)의 시작 사이의 간격은 임의의 편리한 값일 수 있다. 제 1 보상 피크 값(157)은 제 1 RF 가속 펄스(55)의 피크 값과 실질적으로 동일하도록 선택될 수 있거나, 더 낮거나 더 높을 수 있다.
t1에서 t2까지의 제 1 RF 에너지 펄스(55)의 지속 시간 및 가속 피크 값은 양성자 빔 온-타임 동안 RF 에너지에 의해 양성자 빔의 원하는 가속을 제공하도록 미리 결정 및/또는 제어된다. 가속은 tl과 t2 사이에서 발생한다.
t3에서 t4까지의 RF 에너지 보상 펄스의 지속 시간 및 보상 피크 값(157)은 가속 유닛이 초기 RF 에너지 가속 수준에 비해 감소된 RF 에너지 가속 수준에서 가속 모드로 작동할 때 예상될 수 있는 온도 변화를 보상하기 위해 미리 결정 및/또는 제어된다. 보상 RF 에너지 펄스(155)는 양성자 빔 전류 펄스(145)와 시간적으로 실질적으로 겹치지 않는다. 도 4b에서, 양성자 빔 펄스(145)와 보상 펄스(155)는 0의 간격 t2 내지 t3, 또는 대략적으로 0의 RF 에너지에 의해 시간적으로 분리된다. 이 간격 t2 내지 t3는 양성자 빔(145)의 온-타임(145)의 임의의 부분 동안 제 1 RF 에너지 보상 펄스(155)의 일부의 인가로 인한 가속을 최소화하거나 심지어 제거하도록 선택될 수 있다. 실제로, 여기서 t1에서 t2까지의 양성자 빔(145)의 온-타임은 일반적으로 마이크로초 단위로 측정되고, 빔 펄스들 사이의 간격은 일반적으로 밀리초 단위로 측정된다.
PCT 출원 제 WO 2018/043709 A1호는 적어도 반도체 적용의 경우, 무작위 레이저 온/오프 패턴을 사용하여 양성자 빔 전류 펄스 주기를 무작위화함으로써 고차 모드로 인한 공동의 가열이 감소될 수 있다고 알려준다. 이 출원은 어떤 목적으로든 공동의 가열을 멀리한다. 어떤 목적으로든 RF 에너지를 변조하는 것에 대한 언급은 없다.
PCT 출원 제 WO 2015/175751 A1호는 전자 가속만을 설명하므로, 양성자 가속에 적합한 교육을 제공하지 않는다. PCT 출원 제 WO 2015/175751 A1호는 화물 검사를 위해 이중 에너지로 X-선을 생성하도록 구성된 실시예를 개시하므로, 조직에 양성자를 조사하는 것과 관련된 교시를 제공할 수 없다. 또한 공동의 가열에 대한 언급은 없다.
도 4c는 개선된 비-가속 모드에서 가속 유닛(130, 230, 330, 430)의 동작의 예를 도시한다. 상부 그래프는 유사한 양성자 빔 작동 사이클(190)을 도시하는 도 4a 및 4b의 상부 그래프와 동일하다.
도 4c의 하부 그래프는 동일한 순간(t1, t2, t3, t4, 및 t5)을 갖는 동일한 기간(150)에 걸쳐 RF 에너지(160)를 도시한다.
그러나, 이 실시예에서, RF 가속 에너지 펄스는 제공되지 않으며-간격 t1 내지 t2 동안(양성자 빔(145) 온-타임 동안) RF 에너지는 0 또는 대략 0이다. RF 에너지는 t3에서 0에서 제 2 보상 피크 값(257)으로 상승하고 t4에서 다시 0으로 하강하여, 이러한 RF 에너지 보상 펄스(255)는 대략 균일한 진폭을 갖는다. 나머지 양성자 빔 작동 사이클(190) 동안, RF 에너지는 0 또는 대략 0이다.
t3에서 t4까지의 RF 에너지 보상 펄스(255)의 지속 시간 및 보상 피크 값(257)은 가속 유닛이 비-가속 모드에서 가속 기간 후 하나 이상의 양성자 빔 작동 사이클(190) 동안 작동될 때 예상될 수 있는 온도 변화를 보상하기 위해 미리 결정 및/또는 제어된다. 비-가속 모드에서, 보상 RF 에너지 펄스(255)는 양성자 빔 전류 펄스(145)와 시간적으로 실질적으로 겹치지 않는다. 도 4c에서, 양성자 빔 펄스(145)와 보상 펄스(255)는 시간적으로 0의 또는 대략 0의 RF 에너지의 간격 t2 내지 t3만큼 분리된다. 이 간격 t2 내지 t3는 양성자 빔(115)의 온-타임(145)의 임의의 부분 동안 RF 에너지 보상 펄스(255)의 일부의 인가로 인한 가속을 최소화하거나 심지어 제거하도록 선택될 수 있다.
바람직하게는, 예상되는 온도 변화는 완전히 보상되지만, 온도 변화가 작동 제약으로 인해 가능하지 않은 경우, 온도 변화를 부분적으로 보상하는 것은 종래 기술에 공지된 상황에 비해 여전히 유리하다.
당업자는 도 4에 묘사된 파형이 개략적이고 실제 파형은 사용되는 제어 매개 변수를 결정할 때 고려되어야 하는 무시할 수 없는 상승 및 하강 시간을 가질 수 있음을 인식할 것이다. 마찬가지로, 약간의 빔 전류 변화도 고려할 필요가 있을 수 있다.
당업자는 또한 도시된 구형파 펄스(55, 155, 255)뿐만 아니라 임의의 RF 에너지 파형 형태가 가능하다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 삼각형 또는 램프 모양도 가능하다.
양성자 빔의 오프-타임 동안 RF 보상 펄스(155, 255, 355)를 제공하는 것은 또한 연속적인 RF 에너지 가속 펄스(55, 356)가 유사하거나 동일한 전력을 제공할 때 유리할 수 있다. 오프-타임 후에, 공동(131, 231)은 RF 에너지 가속 펄스(55, 356)가 적용되면 정정하기 위해 짧은 기간을 필요로 할 수 있다. 이러한 불안정성은 사용 가능한 양성자 빔 펄스(145)를 제한할 수 있는데, 이는 양성자 빔 펄스(145)의 에너지의 과도한 불안정성은 작동 동안 양성자 빔의 위치 불안정성을 초래할 수 있기 때문이다. 양성자 빔 오프-타임 동안 적절한 RF 보상 펄스(155, 255, 355)를 제공함으로써, 이러한 정정 시간은 감소되거나 심지어 제거될 수 있다.
에너지 제어기(180)는 특별한 양성자 빔 작동 사이클(190) 동안 각각의 가속기 유닛에 실질적으로 동일하거나 실질적으로 상이한 RF 펄스를 제공하도록 구성될 수 있다. 가속기 유닛은 개별적으로 또는 그룹으로 작동될 수 있다. 개별 가속기 유닛에 대한 RF 펄스는 또한 하나 초과의 양성자 빔 작동 사이클(190)에 걸쳐 시스템(100)의 작동 동안 변할 수 있다. 이것은 가속기 시스템(100) 자체 또는 외부 방해 요소에 의해 야기되는 빔 에너지 변화를 제어하고 안정화하기 위한 매우 유연하고 정확한 시스템을 제공한다.
도 4d는 개선된 가속 모드에서 가속 유닛(130, 230, 330, 430)의 동작의 추가 예를 도시한다. 상부 그래프는 유사한 양성자 빔 작동 사이클(190)을 도시하는 도 4a, 도 4b, 및 도 4c의 상부 그래프와 동일하다.
도 4d의 하부 그래프는 동일한 순간(t1, t2, t3, t4, 및 t5)으로 동일한 기간(150)에 걸쳐 RF 에너지(160)를 표시한다. 복합 RF 에너지 펄스(355)가 제공되고-RF 에너지는 tl에서 0에서 복합 가속 피크 값(356)으로 상승하고, RF 에너지 펄스(355)는 tl과 t2 사이에서 대략 균일한 진폭을 갖는다. t2에서, RF 에너지는 t2에서 복합 가속 피크 값(356)으로부터 복합 보상 피크 값(357)으로 상승하고 t3에서 0으로 다시 하강하고, RF 에너지 펄스(255)는 t2와 t3 사이에서 대략 균일한 진폭을 갖는다. 나머지 양성자 빔 작동 사이클(190) 동안, RF 에너지는 0 또는 대략 0이다. RF 에너지는 대략 계단-모양의 펄스(355)이다.
t1에서 t2까지의 복합 RF 에너지 펄스(355)의 지속 시간 및 복합 가속 피크 값(356)은 양성자 빔 온-타임(145) 동안 RF 에너지에 의해 양성자 빔의 원하는 가속을 제공하도록 미리 결정 및/또는 제어된다. 가속이 tl과 t2 사이에서 발생한다.
t2에서 t3까지의 복합 RF 에너지 펄스(355)의 지속 시간 및 복합 보상 피크 값(357)은 가속 유닛이 비-가속의 하나 이상의 간격 후 가속 모드에서 작동될 때 예상될 수 있는 온도 변화를 보상하기 위해 미리 결정 및/또는 제어된다.
도시된 바와 같이 RF 에너지 펄스(355)의 보상 부분은 양성자 빔 전류 펄스(145)와 시간적으로 겹치는 것처럼 보인다. 그러나 당업자는 복합 보상 피크 값(357)의 상승 시간이 양성자 빔(115)의 에너지 방해를 줄이기 위해 약간 지연될 수 있음을 인식할 것이다.
실제로, 보상 피크 값(257,357)은 가속 피크 값(256, 356)보다 높거나 같거나 낮을 수 있다. 바람직하게는, 예상 온도 변화가 완전히 보상되지만, 이러한 보상이 작동 제약으로 인해 가능하지 않은 경우, 온도 변화를 부분적으로 보상하는 것은 종래 기술에 알려진 상황에 비해 여전히 유리하다.
당업자는 또한 도시된 계단-파 펄스(355)뿐만 아니라 임의의 RF 에너지 파형 형태가 가능하다는 것을 인식할 것이다. 가속도 수준(256, 356)은 보상 수준(257, 357)보다 높거나 같거나 낮을 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 가속 유닛은 최대 에너지 온 또는 오프 모드에서 작동될 수 있거나 중간 RF 에너지 수준이 할당될 수 있다.
도 5는 도 4d에 도시된 개선된 작업의 추가 세부 사항을 도시한다. 도 5a는 0 내지 6 마이크로초에 걸쳐 공동에 공급되는 RF 에너지(160)를 도시한다. 복합 RF 에너지(355)가 제공되고-RF 에너지 펄스(355)는 0 마이크로초에서 0에서 0.5 단위의 복합 가속 피크 값(356)으로 상승한다. 이어서 RF 에너지는 약 2.5 마이크로초에서 0.8 단위의 복잡한 보상 피크 값(357)까지 상승하고 5 마이크로초에서 다시 0으로 하강한다. 나머지 양성자 빔 작동 사이클(190) 동안, RF 에너지는 0 또는 대략 0이다. RF 에너지는 대략 계단-모양의 펄스(355)이다. 여기서 수직 축선에 표시된 여기에(0 내지 0.8) 도시된 단위는 공칭 단위이다.
0에서 2.5까지의 RF 에너지 펄스(355)의 지속 시간 및 복합 가속 피크 값(356)은 양성자 빔 온-타임 동안 RF 에너지에 의해 양성자 빔의 원하는 가속을 제공하도록 미리 결정 및/또는 제어된다.
가속은 0과 2.5 마이크로초 사이에서 발생한다. RF 에너지 펄스의 지속 시간, 2.5 ~ 5 마이크로초, 및 복합 보상 피크 값(357)은 가속 유닛이 비-가속의 하나 이상의 간격 후에 가속 모드에서 작동될 때 예상되는 온도 변화를 보상하기 위해 미리 결정 및/또는 제어된다.
도 5b는 동일한 기간(150)에 걸쳐 가속기 유닛 공동(131, 231) 내의 가속기 필드 강도(260)를 도시한다. 가속기 필드(455)는 약간의 지연으로 0 마이크로초에서 0에서 RF 가속 피크 값(256)에 의해 결정된 제 1 수준(약 0.5 단위)으로 상승한다. 제 1 수준은 약 1 마이크로초에 도달한다. 약 2.5 마이크로초에서, 가속기 필드는 약간의 지연으로 보상 피크 값(257)에 의해 결정된 제 2 수준(약 0.8 단위)까지 상승하기 시작한다. 약 3.5 마이크로초에 두 번째 수준에 도달한다. 5 마이크로초에서, 상기 값은 0으로 떨어지며 약 6.5 마이크로초에 0에 도달한다. 가속기 필드는 0 마이크로초에서 0에서 제 1 수준로 상승한 다음 제 2 수준로 더 상승하여 RF 에너지 펄스(355)와 비교하여 왜곡된 계단 모양의 펄스(455)를 생성한다. 수직 축선 상의 여기에(0~0.8) 표시된 단위는 공칭 단위이다.
도 5a와 도 5b의 차이는 RF 에너지 파형에 대한 가속기 공동 응답을 나타내며, 예를 들어 가장 적합한 입력 RF 에너지 값, 온도 변화를 보상하기 위한 지속 시간, 및 보상할 정정 시간을 결정할 때 RF 에너지 파형에 대한 가속기 공동 응답가 고려되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 복합 보상 값(357)에 대한 입력 RF 에너지의 상승에 대한 가속기 필드의 응답 지연은 복합 RF 에너지(355)의 복합 가속 부분과 동시에 발생하는 양성자 빔 펄스(145)의 최종 부분의 에너지에 대한 중단을 제한하거나 심지어 회피할 수 있다. 이러한 특성은 제품 문서에서 발견되거나 테스트 환경에서 또는 적절한 센서로 작동하는 동안 측정될 수 있다.
클라이스트론과 같은 RF 에너지 소스에 의해 생성되는 피크 RF 전력은 공동에서 소산되는 전력과 빔으로 전달되는 전력의 두 가지 구성 요소로 구성된다. 의료 응용 분야에서 피크 빔 전류는 일반적으로 300uA로 낮지만, 공동과 과결합(overcoupling)함으로써 이를 설명하는 것이 유리할 수 있다.
최대 에너지에서 공동에서 소멸된 전력이 P_cav_max이고 감소된 전력에서 소멸된 전력이 P_cavl이면, 최대 에너지에서 공동에 축적된 에너지(U0)는, 공동 충전 및 감쇠 시간 동안 손실된 전력에 대한 적합한 보정으로,
U0=P_cav_max x 펄스 폭 t이다. 감소된 진폭 펄스 동안의 에너지 침착은 Ul이다.
공동 온도의 상당한 변화를 방지하려면, 공동의 열 응답 시간에 비해 짧은 시간 내에 추가 양의 에너지가 공급되어야 한다. 이것은 펄스 단위로 수행되거나, 공동 주파수 변동이 가속기의 성능에 크게 영향을 미치지 않을 만큼 충분히 작다는 제약에 따라 추가 에너지가 더 긴 시간 규모로 공급될 수 있다.
활성 빔 펄스 중에 공급되는 공동 에너지는:
Ul=P_cavl * t,
공급되어야 하는 추가 에너지는:
U2 =(P_ cav_max-P_cavl) * t.
이 에너지(U2)에는 총 에너지가 U2라는 제약에 따라 임의의 피크 전력 및 펄스 길이가 제공될 수 있어, 공동의 열 응답 시간에 비해 짧은 평균화된 오버 타임, 총 전력 손실, 및 이에 따른 공동 온도가 실질적으로 일정하다, 즉, 허용 가능한 공차 내에서 일정하며, 바람직하게는 수십 도이다.
또한, 각각의 연속적인 양성자 빔 작동 사이클(190)에 대해 실질적으로 동일한 RF 에너지(132)를 제공하는 것이 유리할 수 있다. 이것은 작동 중에 공동에 실질적으로 일정한 평균 RF 전력을 제공하여 하나 초과의 작동 사이클(190)에 걸쳐 양성자 빔 에너지 안정성을 증가시킨다.
도 7a는 양성자 빔 온-타임 및 오프-타임 둘 다 동안 별도의 RF 에너지 펄스를 제공함으로써 평균 전력을 실질적으로 일정하게 유지하는 3개의 RF 에너지 제어 구성(701, 702, 703)의 동기화를 도시한다. 양성자 빔 작동 사이클(190)은 또한 RF 에너지 제어와 양성자 빔 작동 사이클(190)의 동기화를 설명하기 위해 도시된다.
9 개의 순간(tl, t2, t3, t4, t5, t6, t7, t8, t9)을 포함하는 양성자 빔 펄스(245)의 2 개의 작동 사이클(190)에 걸쳐 4 개의 파형이 도시된다. 이러한 순간은 대칭으로 도시되지만, 실제로는 순간 사이의 간격이 상당히 다를 수 있다. 동기화를 개략적으로 설명하기 위해, 간격이 도 4와 동일한 방식으로 여기에서 사용된다.
초당 100 펄스 또는 100Hz의 일반적인 작동의 경우, 작동 사이클(190)의 기간은 10 밀리 초이다. 25% 온-타임 및 75% 오프-타임의 작동 사이클(190)이 도시되어 있으며, 이는 25% 또는 1:3 듀티 사이클이라고도 한다. 그러나, 실제로는 임의의 적절한 비율이 사용될 수 있다.
상부 파형(700)은 2개의 작동 사이클(190) 동안 양성자 빔 펄스(245)를 도시한다. 빔 전류는 순간 t1에서 0에서 최대로 상승하고 이러한 제 1 빔 작동 사이클(190)의 온-타임 동안 t2에서 0으로 다시 하강하고, 펄스(245)는 대략 균일한 진폭을 갖는다. t2 내지 t5 사이에서, 빔 전류(및 빔 에너지)는 이러한 제 1 빔 작동 사이클(190)의 오프-타임 동안 0 또는 대략 0이다. 파형은 t5와 t6 사이의 최대 빔 전류로 제 2 작동 사이클(190) 동안 반복된다. t6과 t9 사이의 빔 전류(및 빔 에너지)는 0 또는 대략 0이다.
제 1 RF 제어 구성 그래프(701)는 동일한 기간 동안 가속 유닛(130, 230, 330, 430)에 제공된 RF 에너지를 표시한다. 제 1 작동 사이클(190)의 시작에서, RF 에너지는 t1에서 0에서 기준 가속 피크 값으로 상승하고 t2에서 다시 0으로 하강d며, RF 에너지 펄스는 대략 균일한 진폭을 갖는다. 순간 t3 및 t4를 포함하는 이러한 제 1 작동 사이클(190)의 나머지 동안, RF 에너지는 0 또는 대략 0이다. 파형은 제 2 작동 사이클(190) 동안 t5와 t6 사이의 기준 가속 피크 값, 그리고 t6과 t9 사이의 0 또는 대략 0의 RF 에너지를 반복한다.
t1에서 t2 및 t5에서 t6까지의 RF 에너지 펄스의 지속 시간 및 기준 가속 피크 값은 양성자 빔 온-타임 동안 RF 에너지에 의해 양성자 빔의 원하는 가속도를 제공하도록 미리 결정 및/또는 제어된다. 가속은 tl과 t2와 t5와 t6 사이에서 발생한다. 이 RF 제어 구성은 다른 두 개의 구성(702, 703)에 대한 기준이므로, 여기서 기준 가속 피크 값은 명목상 100%로 간주된다. 701에 따른 동작 동안, RF 에너지는 양성자 빔의 온-타임과 실질적으로 동시에 양성자 빔 작동 사이클(190)당 단일 펄스로 공동에 제공된다.
제 2 RF 제어 구성 그래프(702)는 동일한 기간에 대한 RF 에너지를 플로팅한다. 제 1 작동 사이클(190)의 시작에서, RF 에너지는 t1에서 0에서 제 1 가속 피크 값으로 상승하고 t2에서 다시 0으로 하강하고, RF 에너지 펄스는 대략 균일한 진폭을 갖는다. 이러한 제 1 가속 피크 값은 그래프(701)에 도시된 기준 가속 피크 값의 약 75%이다. RF 에너지는 t3에서 0에서 제 1 보상 피크 값으로 상승하고 t4에서 다시 0으로 하강한다. 이러한 제 1 보상 피크 값은 그래프(701)에 도시된 기준 가속 피크 값의 약 25%이다. 이러한 제 1 작동 사이클(190)의 나머지 동안, RF 에너지는 0 또는 대략 0이다. 파형은 t5와 t6 사이의 가속 피크 값과 t1과 t8 사이의 보상 피크 값으로 제 2 작동 사이클(190) 동안 반복된다.
t1에서 t2 및 t5에서 t6까지의 RF 에너지 펄스의 지속 시간 및 제 1 가속 피크 값은 미리 결정 및/또는 제어되어 양성자 빔 온-타임 동안 RF 에너지에 의해 양성자 빔의 원하는 가속을 제공한다. 가속은 tl & t2와 t5 & t6 사이에서 발생한다.
일반적으로 RF 에너지 펄스의 지속 시간, t3 내지 t4 및 t1 내지 t8, 및 제 1 보상 피크 값은 가속 유닛이 이전의 작동 사이클에 비해 더 낮은 가속 피크 값으로 작동될 때 예상되는 온도 변화를 보상하기 위해 미리 결정 및/또는 제어된다. 작동 중, RF 에너지는 양성자 빔 작동 사이클(190) 당 2개의 펄스로 공동에 제공되고, 제 1 펄스는 양성자 빔의 온-타임과 실질적으로 동일하고 제 2 펄스는 양성자 빔의 오프-시간과 실질적으로 동일하다.
이러한 특정 예(702)에서, 보상 및 가속 펄스의 펄스 지속 시간은 동일하므로, 균일한 진폭 보상 및 가속 펄스의 피크 값이 기준 피크 값(701)의 100%까지 더해 지는 것을 보장함으로써, 각각의 연속적인 작동 사이클(190)을 위해 공동에 제공되는 RF 에너지는 702 및 701 모두에서 실질적으로 동일하다.
제 3 RF 제어 구성 그래프(703)는 동일한 기간에 걸쳐 RF 에너지를 표시하고 제 2 RF 제어 구성(702)과 매우 유사하다. 제 3 구성(703)은 또한 빔 온-타임 동안 t1과 t2 사이의 균일한 진폭의 가속 펄스 및 제 1 작동 사이클 동안 t3와 t4 사이의 균일한 진폭의 보상 펄스를 제공한다. 이것은 t5와 t6 사이의 균일한 진폭의 가속 펄스와 t7과 t8 사이의 균일한 진폭의 보상 펄스로 제 2 작동 사이클(190)에서 반복된다.
제 3 구성(703)은 피크 값에서 제 2 구성(702)과 다르다. 여기서 가속 펄스는 그래프(701)에 도시된 기준 가속 피크 값의 약 50%의 제 2 가속 피크 값을 갖는다. 유사하게, 보상 펄스는 그래프(701)에 도시된 기준 가속 피크 값의 약 50%의 제 2 보상 피크 값을 갖는다.
t1에서 t2 및 t5에서 t6까지의 RF 에너지 펄스의 지속 시간 및 제 2 가속 피크 값은 미리 결정 및/또는 제어되어 양성자 빔 온-타임 동안 RF 에너지에 의해 양성자 빔의 원하는 가속을 제공한다. 가속은 tl과 t2와 t5와 t6 사이에서 발생한다. 일반적으로 RF 에너지 펄스의 지속 시간, t3 내지 t4 및 t1 내지 t8, 및 제 2 보상 피크 값은 가속 유닛이 이전의 작동 사이클에 비해 더 낮은 가속 피크 값으로 작동될 때 예상되는 온도 변화를 보상하기 위해 미리 결정 및/또는 제어된다. 작동 중, RF 에너지는 양성자 빔 작동 사이클(190) 당 2개의 펄스로 공동에 제공되고, 제 1 펄스는 양성자 빔의 온-타임과 실질적으로 동일하고, 제 2 펄스는 양성자 빔의 오프-타임과 실질적으로 동일하다.
이러한 특정 예(703)에서, 보상 및 가속 펄스의 펄스 지속 시간은 동일하므로, 균일한 진폭 보상 및 가속 펄스의 피크 값이 기준 피크 값(701)의 100%까지 더해 지는 것을 보장함으로써, 각각의 연속적인 작동 사이클(190)을 위해 공동에 제공되는 RF 에너지는 703 및 701 모두에서 실질적으로 동일하다. 또한 제 2 구성(702)에서도 실질적으로 동일하다.
따라서 실질적으로 일정한 평균 전력은 양성자 빔 온 타임 동안(245), 가속 펄스들 사이에서, 양성자 빔 오프-타임 동안, 보상 펄스를 산재시킴으로써 달성될 수 있다. RF 에너지 펄스들 사이의 시간은 바람직하게는 공동의 열 시간 응답에 비해 짧다. 제 1 펄스의 진폭은 최대 전력에서 거의 제로 전력까지 전체 범위에 걸쳐 변할 수 있다. 마찬가지로, 제 2 펄스의 전력은 평균 전력을 실질적으로 일정하게 유지하기 위해 최대 전력에서 거의 제로 전력으로 변할 수 있다. 이 접근법의 추가 이점은 필요한 총 평균 전력이 종래 기술 시스템에서보다 실질적으로 적다는 점일 수 있다. 어떤 경우에는, 필요한 총 평균 전력이 이러한 실질적으로 일정한 평균 전력 기능이 없는 시스템에 필요한 것의 거의 절반이 될 수도 있다.
일반적인 클라이스트론 변조기 및 전원 공급 장치의 경우, 빔 가속에 사용할 수 있는 공칭 RF 펄스 폭은 5 마이크로초 플랫탑일 수 있으며 전원 공급 장치는 작동을 초당 200 펄스 또는 200Hz로 제한할 수 있다.
실질적으로 일정한 평균 전력 구성을 구현하기 위해, 이러한 일반적인 변조기 사양에 의해 부과된 제약 내에서, 각각의 5μs 펄스를 약 2 내지 2.5 마이크로초의 두 간격으로 각각 나누는 것이 유리할 수 있다(도 5a에 도시됨). 계단형 펄스는 5 마이크로초 플랫탑과 전력 곡선 아래에서 동일한 면적을 갖도록 미리 결정 및/또는 제어된다.
제 1 펄스 간격 동안, RF 전력은 복합 가속 피크 값으로 설정된다. 양성자 빔 전류는 해당 간격 동안 켜지고 빔 전류가 증가하여 가속된 총 전하가 실질적으로 일정한 전력 특성이 없는 전체 5 마이크로초 간격과 동일한다. 빔 전류가 너무 낮기 때문에, 필요한 피크 전력에 무시가능한 영향을 미칠 것으로 예상된다.
제 2 RF 펄스 간격 동안, 양성자 빔이 꺼지고 RF 전력 수준 및 가능하게는 펄스 길이가 조정되어 평균 RF 전력을 실질적으로 일정하게 유지하는데 필요한 에너지를 제공할 수 있다.
이는 가속기의 전력 손실이 실질적으로 일정하게 유지될 수 있으며, 따라서 전체 가속기의 온도는 하나의 가속기 유닛 또는 일련의 가속 유닛을 사용하여 빔의 에너지를 변경하면서 실질적으로 일정하게 유지될 수도 있음을 의미한다.
제 1 펄스 간격의 진폭은 최대 전력에서 거의 제로 전력까지 전체 범위에 걸쳐 변할 수 있다. 마찬가지로, 제 2 펄스 간격의 전력은 평균 전력을 실질적으로 일정하게 유지하기 위해 최대 전력에서 거의 제로 전력으로 변할 수 있다.
도 7b는 2개의 펄스 간격을 사용하여 평균 전력을 실질적으로 일정하게 유지하는 2개의 추가 RF 에너지 제어 구성(704, 705)을 도시한다. 그러나 2개의 추가 RF 에너지 제어 구성은 각각의 RF 펄스를 2개의 간격으로 분할함으로써 이를 수행하는데, 하나의 간격은 양성자 빔 온-타임(245) 동안 제공되고 다른 간격은 양성자 빔 오프-타임 동안 제공된다.
도시된 지속 시간은 도 7a와 동일하며 100%의 기준 가속 피크 값도 동일한다. 편의상, 도 7a의 양성자 빔 펄스(245)의 동일한 2개의 작동 사이클(190)이 또한 상부 파형(700)으로 도시된다. 또한, 도 7a의 제 1 RF 제어 구성(701)은 100%의 기준 가속 피크 값을 사용하여 제 1 RF 제어 구성으로 반복된다.
더 높은 양성자 펄스 속도에서 작동하려면, 2개의 간격으로 단일 펄스를 제공하는 것이 더 편리할 수 있다. 초당 200 펄스 또는 200Hz의 일반적인 작동의 경우, 작동 사이클(290)의 기간은 5 밀리초이다. 25% 온-타임 및 75 % 오프-타임의 작동 사이클(190)이 도시되어 있으며, 이는 25% 또는 1:3 듀티 사이클이라고도 한다. 그러나, 실제로는, 임의의 적절한 비율이 사용될 수 있다.
제 4 RF 제어 구성 그래프(704)는 동일한 기간에 걸친 RF 에너지를 표시한다. 제 1 작동 사이클(190)의 시작에서, RF 에너지는 tl에서 0에서 제 3 가속 피크 값으로 상승하고, t2에서 제 3 보상 피크 값으로 변경되고, t3에서 다시 0으로 하강하고, RF 에너지 펄스는 거의 균일한 진폭의 두 개의 간격을 포함한다. 이러한 제 3 가속 피크 값은 그래프(701)에 도시된 기준 가속 피크 값의 약 75%이다. 이 제 3 보상 피크 값은 그래프(701)에 도시된 기준 가속 피크 값의 약 25%이다. 이러한 제 1 작동 사이클(190)의 나머지 동안, RF 에너지는 0 또는 대략 0이다. 파형은 t5와 t6 사이의 가속 피크 값과 t6과 t1 사이의 보상 피크 값으로 제 2 작동 사이클(190) 동안 반복된다.
t1에서 t2 및 t5에서 t6까지의 RF 에너지 펄스 간격의 지속 시간 및 제 3 가속 피크 값은 양성자 빔 온-타임 동안 RF 에너지에 의해 양성자 빔의 원하는 가속을 제공하도록 미리 결정 및/또는 제어된다. 가속은 tl과 t2 및 t5와 t6 사이에서 발생한다.
일반적으로, t2에서 t3 및 t6에서 t7까지의 RF 에너지 펄스 간격의 지속 시간과 제 3 보상 피크 값은 가속 유닛이 이전 작동 사이클에 비해 더 낮은 가속 피크 값으로 작동될 때 예상되는 온도 변화를 보상하기 위해 미리 결정 및/또는 제어된다. 작동 중에, RF 에너지는 양성자 빔 작동 사이클(190) 당 단일 펄스로 공동에 제공되고, 펄스는 양성자 빔(245)의 온-타임과 실질적으로 동일한 시간에 제 1 간격 및 양성자 빔의 오프-타임과 실질적으로 동일한 시간에 제 2 간격인, 2개의 간격으로 분할된다.
이러한 특정 예(704)에서, 보상 및 가속 펄스 간격의 지속 시간은 동일하므로, 균일한 진폭 보상 및 가속 펄스의 피크 값이 기준 피크 값(701)의 100%까지 더해 짐으로써, 각각의 연속적인 작동 사이클(190)을 위해 공동에 제공되는 RF 에너지는 704 및 701 모두에서 실질적으로 동일하다. 유사하게, RF 에너지는 702 및 703에서와 실질적으로 동일하다.
제 5 RF 제어 구성 그래프(705)는 동일한 기간에 걸쳐 RF 에너지를 표시하고 제 4 RF 제어 구성(704)과 매우 유사하다. 제 5 구성(705)은 또한 2개의 간격,-양성자 빔 온-타임(245) 동안 t1과 t2 사이의 균일한 진폭의 가속 펄스 간격 및 제 1 작동 사이클(190) 동안 t2와 t3 사이의 균일한 진폭의 보상 펄스 간격-을 갖는 펄스를 제공한다. 이것은 t5와 t6 사이의 균일한 진폭의 가속 펄스 간격 및 t6과 t7 사이의 균일한 진폭의 보상 펄스 간격으로 제 2 작동 사이클(190)에서 반복된다.
제 5 구성(705)은 간격의 피크 값에서 제 4 구성(704)과 다르다. 여기서 가속 펄스 간격은 그래프(701)에 도시된 기준 가속 피크 값의 약 50%의 제 4 가속 피크 값을 갖는다. 유사하게, 보상 펄스 간격은 그래프(701)에 도시된 기준 가속 피크 값의 약 50%의 제 4 보상 피크 값을 갖는다.
t1에서 t2 및 t5에서 t6까지의 RF 에너지 펄스 간격의 지속 시간 및 제 4 가속 피크 값은 양성자 빔 온-타임(245) 동안 RF 에너지에 의해 양성자 빔의 원하는 가속을 제공하도록 미리 결정 및/또는 제어된다. 가속은 tl과 t2 및 t5와 t6 사이에서 발생한다. 일반적으로, RF 에너지 펄스 간격(t2 내지 t3 및 t6 내지 t7)의 지속 시간과 제 4 보상 피크 값은 가속 유닛이 이전의 작동 사이클에 비해 더 낮은 가속 피크 값으로 작동될 때 예상되는 온도 변화를 보상하기 위해 미리 결정 및/또는 제어된다. 작동 중에, RF 에너지는 양성자 빔 작동 사이클(190) 당 2개의 펄스 간격-양성자 빔의 온-타임과 실질적으로 동일한 시간의 제 1 간격, 및 양성자 빔의 오프-타임과 실질적으로 동일한 시간의 제 2 간격-으로 공동에 제공된다.
이러한 특정 예(705)에서, 보상 및 가속 펄스 간격의 펄스 지속 시간은 동일하므로, 균일한 진폭 보상 및 가속 펄스 간격의 피크 값이 기준 피크 값(701)의 100%까지 더해 지는 것을 보장함으로써, 각각의 연속적인 작동 사이클(190) 동안 공동에 제공되는 RF 에너지는 704 및 701 모두에서 실질적으로 동일하다. 또한, RF 에너지가 다른 구성(702 및 703)에서도 실질적으로 동일하다.
따라서 실질적으로 일정한 평균 전력은 또한 양성자 빔 온-타임(245) 동안 가속 펄스 간격들 사이에, 양성자 빔 오프-타임 동안, 보상 펄스 간격을 산재시킴으로써 달성될 수 있다. RF 에너지 펄스들 사이의 시간은 바람직하게는 공동의 열 시간 응답에 비해 짧다.
보상 펄스는 위의 예보다 더 낮은 피크 값과 더 긴 펄스 지속 시간을 가질 수도 있다. 그러나, 이 접근법은 평균 클라이스트론 음극 전류가 증가하기 때문에 더 강력한 변조기가 필요한다.
일부 실시예에서, RF 전력 수준은 이중 소스를 갖고 단순히 하나에서 다른 소스로 전환함으로써 공동 응답 시간에 비해 단시간에 빠르게 전환될 필요가 있을 수 있다. 몇 ns 이내에 수행해야 할 수도 있다.
DDS 칩을 사용하는 적절한 저수준 RF 유닛의 블록 다이어그램이 도 6a에 도시된다. 바람직한 실시예에서, 이중 소스는 4개의 출력 채널(RF0, RF1, RF2, RF3)을 갖는 아날로그 장치 AD9959 다이렉트 디지털 합성(DDS) 칩 601이다. 필요한 3GHz 주파수는 일반적으로 직접 생성할 수 없으므로, 4개 채널(RF0, RF1, RF2, RF3) 모두에서 375MHz가 생성될 수 있다. 각각의 채널은 3개의 전파 주파수 더블러(602), 대역 통과 필터, 및 증폭기(603)의 캐스케이드가 있는 8X 주파수 멀티플라이어 체인을 포함한다. 두 채널의 출력은 하이브리드 3dB와 같은 적절한 RF 커플러(604)를 사용하여 조합된다. 각 채널의 위상은 원하는 에너지에 대해 원하는 출력 위상과 진폭을 제공하도록 설정된다. 모든 채널에는 빠른 상승 및 하강 시간과 짧은(몇 ns) 지연으로 출력 신호를 켜고 끄는 게이트 입력부를 갖는다. 채널 2와 3은 꺼진 상태로 유지하면서, 채널 0과 1은 동시에 켜져 제 1 시간 간격(1)에 대한 출력을 산출한다.
시간 간격(1)의 끝에서, 빔과 DDS 유닛의 채널 0과 1이 꺼지고 채널 2와 3이 켜진다. 채널 2와 3은 이전에 제 2 간격에 대해 원하는 진폭과 위상을 제공하도록 위상을 설정하였다. RF 출력 신호(RFout)의 진폭 조정은 위상에 영향을 주지 않는다.
실제로, 제 2 간격 동안 위상을 제 1 간격 동안 위상과 동일하게 유지하는 것이 유리할 수 있다. 방해할 양성자 빔이 없기 때문에, 제 2 간격 동안의 위상은 무시될 수 있다. 그러나, 위상이 일치하도록 구성된 경우, 한 펄스 또는 펄스 간격에서 다음 펄스로 진폭을 더 빠르게 변경할 수 있다. 위상이 서로 다르면 공동 필드 진폭이 급격히 떨어지거나 급감하여 제 2 간격 동안 새로운 수준에 도달하는데 필요한 시간이 늘어날 수 있다. 또한 가속 유닛의 전체 온도에도 영향을 미칠 수 있다.
도 6b는 두 개의 인접한 펄스로 구성된 RF 드라이브 엔벨로프의 진폭과 위상을 변조하는데 사용될 수 있는 2개의 신호의 페이저 다이어그램을 보여준다. 진폭은 QA-QB에 따라 다르다. 위상은 QA+QB에 따라 다르다.
실제로 각각의 가속기 유닛은 별도의 로컬 DDS 유닛을 가질 수도 있다. DDS 유닛은 실질적으로 동일한 주파수에서 작동하며 가속기 시스템의 다른 모든 유닛과 위상 동기화된다.
본 발명은 DDS 기술의 사용으로 제한되지 않는다: 위상-고정-루프에서 임의 파형을 생성하기 위한 디지털-대-아날로그 변환기 출력의 동적 프로그래밍에 이르기까지 주파수 생성에 대한 많은 가능성이 설계자에게 열려 있다.
여기에서 DDS 기술은 프로그래밍 가능한 아날로그 출력 파형을 생성할 수 있는 단일-칩 IC 장치이기 때문에 높은 해상도와 정확도로 인해 선택되었다.
가속기 유닛은 결합형 공동 선형 가속기(CCL), 드리프트 튜브 선형 가속기(DTL), 분리형 드리프트-튜브 선형 가속기(SDTL), 사이드-결합형 선형 가속기(SCL), 또는 사이드-결합형 드리프트 튜브 선형 가속기(SCDTL)과 같은 적합한 RF 선형 가속기(또는 선형 가속기(Linac)) 일 수 있다. 가속기 유닛은 모두 동일한 유형이거나 다른 유형이 캐스케이드로 조합될 수 있다.
본 발명, 특히 위에서 언급한 많은 방법 단계는 본 발명을 실행하기 위해 적응된 컴퓨터 프로그램, 특히 캐리어상의 또는 캐리어 내의 컴퓨터 프로그램으로 확장된다는 것을 이해할 것이다. 프로그램은 소스 코드, 객체 코드, 코드 중간 소스, 및 부분적으로 컴파일된 형태와 같은 객체 코드의 형태, 또는 본 발명에 따른 방법의 구현에 사용하기에 적합한 임의의 다른 형태일 수 있다.
상기 언급된 실시예는 본 발명을 제한하기보다는 예시하며, 당업자는 첨부된 청구 범위의 범위를 벗어나지 않고 많은 대안적인 실시예를 설계할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 청구 범위에서, 괄호 안에 있는 참조 기호는 청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 동사 "포함하다(comprise)"와 그 활용의 사용은 청구범위에 명시된 것 이외의 구성요소 또는 단계의 존재를 배제하지 않는다. 구성요소 앞의 관사 하나의("a" 또는 "an")는 그러한 복수의 구성요소의 존재를 배제하지 않는다. 본 발명은 몇 가지 별개의 구성요소를 포함하는 하드웨어 및 적절하게 프로그래밍된 컴퓨터에 의해 구현될 수 있다. 여러 수단을 열거하는 시스템 청구범위에서, 이러한 수단 중 몇몇이 하나의 동일한 하드웨어 항목에 의해 구현될 수 있다. 특정 방안이 서로 다른 종속 청구항에서 인용된다는 단순한 사실이 이러한 방안의 조합을 사용하여 이점을 얻을 수 없음을 나타내는 것은 아니다.
55 제 1 RF 에너지 가속 펄스
100 양성자 선형 가속기 시스템
102 제 1 가속 스테이지, 예 : 무선-주파수 사중극(RFQ)
104 초 가속 스테이지, 예 : 사이드-결합형 드리프트 튜브 선형 가속기(SCDTL)
106 제 3 가속 스테이지, 예 : 결합형 공동 선형 가속기(CCL)
110 양성자 소스
115 양성자 빔
120 빔 출력 제어기
130 제 1 가속기 유닛
131 제 1 공동
132 제 1 RF 에너지 소스
135 제 1 양성자 빔 입력부
137 제 1 양성자 빔 출력부
140 축선: 빔 전류(도 4)
145 양성자 빔 작동 사이클
150 축선: 기간(도 4 및 도 5)
155 제 1 RF 에너지 보상 펄스
157 제 1 RF 보상 펄스 간격 피크 값
160 축선: RF 에너지(도 4 및 도 5a)
180 RE 에너지 제어기
190 양성자 빔 작동 사이클 [도 7a 및 도 7b]
230 제 2 가속기 유닛
231 제 2 공동
232 제 2 RE 에너지 소스
235 제 2 양성자 빔 입력부
237 제 2 양성자 빔 출력부
245 양성자 빔 펄스 또는 듀티 사이클
255 제 2 RF 에너지 보상 펄스
257 제 2 RF 보상 펄스 간격 피크 값
260 축선: 공동의 가속기 필드 강도(도 5b)
330 제 3 가속기 유닛
332 제 3 RF 에너지 소스
355 복합 RF 에너지 펄스(가속 간격 및 보상 간격)
356 복합 RF 가속 펄스 간격 피크 값
257 복합 RF 보상 펄스 간격 피크 값
430 제 4 가속기 유닛
432 제 4 RF 에너지 소스
455 가속기 필드(도 5b)
601 DDS 칩
602 3개의 전파 주파수 더블러의 캐스케이드
603 증폭기
604 RF 커플러
700 2개의 작동 사이클 동안 양성자 빔 펄스
701 제 1 RF 제어 구성
702 제 2 RF 제어 구성
703 제 3 RF 제어 구성
704 제 4 RF 제어 구성
705 제 5 RF 제어 구성
100 양성자 선형 가속기 시스템
102 제 1 가속 스테이지, 예 : 무선-주파수 사중극(RFQ)
104 초 가속 스테이지, 예 : 사이드-결합형 드리프트 튜브 선형 가속기(SCDTL)
106 제 3 가속 스테이지, 예 : 결합형 공동 선형 가속기(CCL)
110 양성자 소스
115 양성자 빔
120 빔 출력 제어기
130 제 1 가속기 유닛
131 제 1 공동
132 제 1 RF 에너지 소스
135 제 1 양성자 빔 입력부
137 제 1 양성자 빔 출력부
140 축선: 빔 전류(도 4)
145 양성자 빔 작동 사이클
150 축선: 기간(도 4 및 도 5)
155 제 1 RF 에너지 보상 펄스
157 제 1 RF 보상 펄스 간격 피크 값
160 축선: RF 에너지(도 4 및 도 5a)
180 RE 에너지 제어기
190 양성자 빔 작동 사이클 [도 7a 및 도 7b]
230 제 2 가속기 유닛
231 제 2 공동
232 제 2 RE 에너지 소스
235 제 2 양성자 빔 입력부
237 제 2 양성자 빔 출력부
245 양성자 빔 펄스 또는 듀티 사이클
255 제 2 RF 에너지 보상 펄스
257 제 2 RF 보상 펄스 간격 피크 값
260 축선: 공동의 가속기 필드 강도(도 5b)
330 제 3 가속기 유닛
332 제 3 RF 에너지 소스
355 복합 RF 에너지 펄스(가속 간격 및 보상 간격)
356 복합 RF 가속 펄스 간격 피크 값
257 복합 RF 보상 펄스 간격 피크 값
430 제 4 가속기 유닛
432 제 4 RF 에너지 소스
455 가속기 필드(도 5b)
601 DDS 칩
602 3개의 전파 주파수 더블러의 캐스케이드
603 증폭기
604 RF 커플러
700 2개의 작동 사이클 동안 양성자 빔 펄스
701 제 1 RF 제어 구성
702 제 2 RF 제어 구성
703 제 3 RF 제어 구성
704 제 4 RF 제어 구성
705 제 5 RF 제어 구성
Claims (10)
- 조직을 조사하기(irradiating) 위한 양성자 선형 가속기 시스템(100)에 있어서,
상기 가속기 시스템(100)은:
작동 중에 양성자 빔(115)을 제공하기 위한 양성자 소스(110);
소스(110)를 빠져나가는 양성자 빔(115)의 빔 전류를 조정하기 위한 빔 출력 제어기(120);
제 1 가속기 유닛(130)으로서,
- 양성자 빔(115)을 수신하기 위한 제 1 양성자 빔 입력부(135);
- 양성자 빔(115)이 빠져나가기 위한 제 1 양성자 빔 출력부(137);
- 작동 중에 RF 에너지를 제공하기 위한 제 1 RF 에너지 소스(132);
- RF 에너지가 상기 제 1 빔 입력부(135)로부터 상기 제 1 빔 출력부(137)로 지나갈 때, 제 1 에너지 소스(132)로부터 RF 에너지를 수신하고 RF 에너지를 상기 양성자 빔(115)에 결합하기 위해, 상기 제 1 양성자 빔 입력부(135)에서 상기 제 1 양성자 빔 출력부(137)로 연장하는 적어도 하나의 제 1 공동(131)을 갖는, 제 1 가속기 유닛(130);을 포함하고,
상기 시스템(100)은:
상기 적어도 하나의 제 1 공동(131)에 제공되는 RF 에너지를 조정하기 위해 상기 제 1 RF 에너지 소스(132)에 연결되고 상기 빔 출력 제어기(120)에 더 연결되는 RF 에너지 제어기(180);
미리 결정된 및/또는 제어된 빔 작동 사이클(190)을 갖는 양성자 빔(115) 펄스를 제공하도록 구성되는 상기 출력 제어기(120); 및
제 1 공동(131)의 온도가 증가되거나 유지되도록 상기 양성자 빔 작동 사이클(190)의 오프-타임 동안 RF 에너지(132)를 제공하도록 구성되는 상기 RF 에너지 제어기(180);를 더 포함하는, 양성자 선형 가속기 시스템(100). - 제 1 항에 있어서,
상기 RF 에너지 제어기(180)는 각각의 연속적인 양성자 빔 작동 사이클(190)에 대해 실질적으로 동일한 RF 에너지(132)를 제공하도록 추가로 구성되는, 양성자 선형 가속기 시스템(100). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 RF 에너지 제어기(180)는 상기 양성자 빔 작동 사이클(190)의 온-타임(on-time) 및 오프-타임(off-time) 둘 다 동안 RF 에너지(132)를 제공하도록 추가로 구성되는, 양성자 선형 가속기 시스템(100). - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시스템은:
상기 제 2 가속기 유닛으로서,
- 상기 제 1 가속기 유닛(130)으로부터 상기 양성자 빔(115)을 수신하기 위한 제 2 양성자 빔 입력부(235);
- 상기 양성자 빔(115)이 빠져나가기 위한 제 2 양성자 빔 출력부(237);
- 작동 중에 RF 에너지를 제공하기 위한 제 2 RF 에너지 소스(232);
- RF 에너지가 상기 제 2 빔 입력부(235)로부터 상기 빔 출력부(237)로 지나갈 때, 상기 제 2 에너지 소스(232)로부터 RF 에너지를 수신하고, 상기 RF 에너지를 상기 양성자 빔(115)에 결합하기 위해, 상기 제 2 양성자 빔 입력부(235)에서 상기 제 2 양성자 빔 출력부(237)로 연장하는 적어도 하나의 제 2 공동(231)을 갖는, 제 2 가속기 유닛;
적어도 하나의 제 2 공동(231)에 제공된 RF 에너지를 조정하기 위해 상기 제 2 RF 에너지 소스(232)에 더 연결되는 상기 RF 에너지 제어기(180); 및
상기 제 2 공동(231)의 온도가 증가되거나 유지되도록 상기 양성자 빔 작동 사이클(190)의 오프-타임 동안 RF 에너지(232)를 제공하도록 구성되는 상기 RF 에너지 제어기(180);를 더 포함하는, 양성자 선형 가속기 시스템(100). - 제 4 항에 있어서,
상기 제 1 공동(131) 및 제 2 공동(231)에 제공되는 RF 에너지는 실질적으로 동일한, 양성자 선형 가속기 시스템(100). - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 RF 에너지 제어기(180)는 RF 에너지의 아래의 특성 중 하나 이상을 수정함으로써 미리 결정된 및/또는 제어된 에너지를 제공하도록 구성되고,
상기 특성은 RF 진폭, RF 에너지 온-타임, RF 에너지 오프-타임, RF 에너지 펄스 형태, 또는 이들의 조합인, 양성자 선형 가속기 시스템(100). - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 가속기 유닛(130) 및/또는 제 2 가속기 유닛(230)은 결합형 공동 선형 가속기(Coupled Cavity Linac; CCL), 드리프트 튜브 선형 가속기(Drift Tube Linac; DDL), 분리형 드리프트-튜브 선형 가속기(Separated Drift-Tube Linac; SDTL), 사이드-결합형 선형 가속기(Side-Coupled Linac; SCL), 사이드-결합형 드리프트 튜브 선형 가속기(Side-Coupled Drift Tube Linac; SCDTL)의 유형들 중 하나인, 양성자 선형 가속기 시스템(100). - 조직을 조사하기에 적합한 양성자 빔(115)을 동작시키기는 방법에 있어서,
- 양성자 빔 소스(110)로부터 미리 결정된 및/또는 제어된 빔 작동 사이클(190)을 갖는 양성자 빔(115) 펄스를 제공하는 단계;
- 소스(110)를 빠져나가는 상기 양성자 빔(115)의 빔 전류를 조정하는 단계;
- 제 1 RF 에너지 소스(132)로부터 적어도 하나의 제 1 공동(131)으로 RF 에너지를 제공하는 단계;
- RF 에너지가 적어도 하나의 공동(131)을 통과할 때 상기 양성자 빔(115)에 결합하는 단계; 및
- 양성자 빔 작동 사이클(190)의 오프-타임 동안 RF 에너지(132)를 제공하도록 적어도 하나의 제 1 공동(131)에 제공되는 RF 에너지를 조정하여 상기 제 1 공동(131)의 온도가 상승 또는 유지되도록 하는 단계를 포함하는, 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 RF 에너지는 각각의 연속적인 양성자 빔 작동 사이클(190)에 대해 실질적으로 동일한 RF 에너지(132)를 제공하도록 조정되는, 방법. - 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 RF 에너지는 양성자 빔 작동 사이클(190)의 온-타임 및 오프-타임 둘 다 동안 RF 에너지(132)를 제공하도록 조정되는, 방법.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP18169362 | 2018-04-25 | ||
| EP18169362.3 | 2018-04-25 | ||
| PCT/EP2019/060469 WO2019206967A1 (en) | 2018-04-25 | 2019-04-24 | A variable-energy proton linear accelerator system and a method of operating a proton beam suitable for irradiating tissue |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20210003748A true KR20210003748A (ko) | 2021-01-12 |
Family
ID=62063459
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020207030020A KR20210003748A (ko) | 2018-04-25 | 2019-04-24 | 가변 에너지 양성자 선형 가속기 시스템 및 조직을 조사하기에 적합한 양성자 빔 작동 방법 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20210243878A1 (ko) |
| EP (1) | EP3785495A1 (ko) |
| KR (1) | KR20210003748A (ko) |
| CN (2) | CN211132747U (ko) |
| BR (1) | BR112020021571A2 (ko) |
| CA (1) | CA3094428A1 (ko) |
| IL (1) | IL278181A (ko) |
| WO (1) | WO2019206967A1 (ko) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BR112020021571A2 (pt) * | 2018-04-25 | 2021-01-19 | Adam S.A. | Um sistema acelerador linear de prótons de energia variável e um método de operação de um feixe de prótons adequado para irradiar o tecido |
| IL278033B2 (en) * | 2018-04-25 | 2024-05-01 | Adam S A | A linear proton accelerator system for irradiation of tissue with two or more sources of radio frequencies |
Family Cites Families (30)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5382914A (en) * | 1992-05-05 | 1995-01-17 | Accsys Technology, Inc. | Proton-beam therapy linac |
| GB2334139B (en) * | 1998-02-05 | 2001-12-19 | Elekta Ab | Linear accelerator |
| EP1358782B1 (en) * | 2001-02-05 | 2008-04-16 | Gesellschaft für Schwerionenforschung mbH | Apparatus for pre-acceleration of ion beams used in a heavy ion beam application system |
| US7030577B2 (en) * | 2004-03-10 | 2006-04-18 | Viara Research, Llc | Multi-channel undulative induction accelerator |
| ITCO20050007A1 (it) * | 2005-02-02 | 2006-08-03 | Fond Per Adroterapia Oncologia | Sistema di accelerazione di ioni per adroterapia |
| ITCO20050028A1 (it) * | 2005-11-11 | 2007-05-12 | Fond Per Adroterapia Oncologica | Complesso di acceleratori di protoni in particolare per uso medicale |
| ES2367807T3 (es) * | 2006-10-24 | 2011-11-08 | Pompilio Gatto | Aparato para radioterapia intraoperatoria con guia de ondas de acoplamiento rotatorio doble. |
| EP2236016B1 (en) * | 2007-12-28 | 2017-08-09 | Phoenix Nuclear Labs LLC | High energy proton or neutron source |
| US7931784B2 (en) * | 2008-04-30 | 2011-04-26 | Xyleco, Inc. | Processing biomass and petroleum containing materials |
| US20110286564A1 (en) * | 2010-05-19 | 2011-11-24 | Johnson Rolland P | Accelerator driven power generation |
| US8803453B2 (en) * | 2011-06-22 | 2014-08-12 | Varian Medical Systems, Inc. | Accelerator system stabilization for charged particle acceleration and radiation beam generation |
| US9119281B2 (en) * | 2012-12-03 | 2015-08-25 | Varian Medical Systems, Inc. | Charged particle accelerator systems including beam dose and energy compensation and methods therefor |
| JP6041975B2 (ja) * | 2013-02-28 | 2016-12-14 | 三菱電機株式会社 | 高周波加速器の製造方法、高周波加速器、および円形加速器システム |
| DK2825000T3 (en) * | 2013-07-10 | 2016-06-13 | Adam S A | Self-shielded vertical linear proton accelerator for proton therapy |
| ITCO20130036A1 (it) * | 2013-08-22 | 2015-02-23 | Fond Per Adroterapia Oncologi Ca Tera | ¿sistema di acceleratori di ioni per il trattamento della fibrillazione atriale¿ |
| WO2015131141A1 (en) * | 2014-02-27 | 2015-09-03 | ETM Electromatic, Inc. | Linear accelerator system with stable interleaved and intermittent pulsing |
| US9622333B2 (en) * | 2014-02-27 | 2017-04-11 | Etm Electromatic, Inc | Linear accelerator system with stable interleaved and intermittent pulsing |
| WO2015175751A1 (en) | 2014-05-16 | 2015-11-19 | American Science And Engineering, Inc. | Source for intra-pulse multi-energy x-ray cargo inspection |
| US10371936B2 (en) * | 2014-11-10 | 2019-08-06 | Leo D. Didomenico | Wide angle, broad-band, polarization independent beam steering and concentration of wave energy utilizing electronically controlled soft matter |
| CN105307377A (zh) * | 2015-09-11 | 2016-02-03 | 北京大学 | 一种中子源 |
| US9854662B2 (en) * | 2016-03-11 | 2017-12-26 | Varex Imaging Corporation | Hybrid linear accelerator with a broad range of regulated electron and X-ray beam parameters includes both standing wave and traveling wave linear sections for providing a multiple-energy high-efficiency electron beam or X-ray beam useful for security inspection, non-destructive testing, radiation therapy, and other applications |
| US9750123B1 (en) * | 2016-08-01 | 2017-08-29 | The Boeing Company | Customizable radio frequency (RF) for use in particle accelerator applications |
| TW201826648A (zh) * | 2016-09-02 | 2018-07-16 | 日商東芝股份有限公司 | 加速器、加速器的運轉方法及使用加速器的半導體之製造方法 |
| CN106879158B (zh) * | 2017-03-16 | 2019-05-28 | 东莞中子科学中心 | 一种医用质子直线加速器 |
| US10362666B2 (en) * | 2017-05-25 | 2019-07-23 | Uchicago Argonne, Llc | Compac carbon ion LINAC |
| US10062468B1 (en) * | 2017-12-04 | 2018-08-28 | The Boeing Company | Beam diffuser selector apparatus and system for a particle accelerator and method of use thereof |
| EP3769592A1 (en) * | 2018-03-20 | 2021-01-27 | A.D.A.M. Sa | Improving safety around a linear accelerator |
| IL278033B2 (en) * | 2018-04-25 | 2024-05-01 | Adam S A | A linear proton accelerator system for irradiation of tissue with two or more sources of radio frequencies |
| BR112020021571A2 (pt) * | 2018-04-25 | 2021-01-19 | Adam S.A. | Um sistema acelerador linear de prótons de energia variável e um método de operação de um feixe de prótons adequado para irradiar o tecido |
| US10367508B1 (en) * | 2018-05-18 | 2019-07-30 | Varex Imaging Corporation | Configurable linear accelerator trigger distribution system and method |
-
2019
- 2019-04-24 BR BR112020021571-6A patent/BR112020021571A2/pt unknown
- 2019-04-24 EP EP19718726.3A patent/EP3785495A1/en not_active Withdrawn
- 2019-04-24 CN CN201920569258.1U patent/CN211132747U/zh active Active
- 2019-04-24 CN CN201910335885.3A patent/CN110393864A/zh active Pending
- 2019-04-24 US US17/049,773 patent/US20210243878A1/en not_active Abandoned
- 2019-04-24 CA CA3094428A patent/CA3094428A1/en active Pending
- 2019-04-24 WO PCT/EP2019/060469 patent/WO2019206967A1/en active Application Filing
- 2019-04-24 KR KR1020207030020A patent/KR20210003748A/ko not_active Application Discontinuation
-
2020
- 2020-10-20 IL IL278181A patent/IL278181A/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2019206967A1 (en) | 2019-10-31 |
| IL278181A (en) | 2020-11-30 |
| US20210243878A1 (en) | 2021-08-05 |
| EP3785495A1 (en) | 2021-03-03 |
| BR112020021571A2 (pt) | 2021-01-19 |
| CA3094428A1 (en) | 2019-10-31 |
| CN211132747U (zh) | 2020-07-31 |
| CN110393864A (zh) | 2019-11-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20230035926A1 (en) | Proton linear accelerator system for irradiating tissue with two or more rf sources | |
| US7919765B2 (en) | Non-continuous particle beam irradiation method and apparatus | |
| KR101578980B1 (ko) | 정상파 전자 선형 가속기 장치 및 그 방법 | |
| CN211132747U (zh) | 用于照射组织的质子直线加速器*** | |
| KR20090056991A (ko) | 방사선 전달 장치 내의 에너지 소스를 안정화시키는 방법 및 장치 | |
| US9763316B2 (en) | Charged particle beam radiation system, synchrotron, and beam ejection method therefor | |
| JP2013543249A (ja) | サブナノ秒イオンビームパルス高周波四重極（ｒｆｑ）線形加速器システム及びそのための方法 | |
| US6366641B1 (en) | Reducing dark current in a standing wave linear accelerator | |
| CN107754098B (zh) | 放射治疗设备及其剂量控制装置和方法 | |
| GB2613553A (en) | RF source | |
| JP5998089B2 (ja) | 粒子線照射システムとその運転方法 | |
| US20150174430A1 (en) | Radiation dose control device for controlling an electron beam pulse delivered during iort | |
| JP5011335B2 (ja) | 粒子線治療システム及びシンクロトロンの運転方法 | |
| RU2812932C2 (ru) | Система линейного ускорителя протонов для облучения ткани с двумя или более радиочастотными источниками | |
| KR102407598B1 (ko) | 그리드 펄스 제어 장치 및 방법, 그 장치를 이용한 선형 가속기 | |
| JP3397025B2 (ja) | ビーム出射用高周波発生装置及びそれを用いた加速器 | |
| JP6162633B2 (ja) | 荷電粒子ビーム照射システムおよびそのビーム出射方法 | |
| JPWO2014207852A1 (ja) | 荷電粒子ビーム照射システムおよびそのビーム出射方法 | |
| D’Auria et al. | Linac design for the FERMi Project | |
| JP5548571B2 (ja) | 粒子線照射システム | |
| RU2020131630A (ru) | Система линейного ускорителя протонов с изменяемой энергией и способ управления пучком протонов, подходящим для облучения ткани | |
| Lampel et al. | An injector-prebuncher for a plasma electron accelerator | |
| Di Mitri et al. | Electron beam simulations for the FERMI project at ELETTRA | |
| JP2016207663A (ja) | 粒子線照射システムとその運転方法 | |
| JPH1140400A (ja) | 電子ビーム加速装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal |